Pengukuran Teknik
1. Umum.
Pengukuran ( measurement )
Pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi mengukur adalah suatu
proses mengaitkan angka secara empirik dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh
tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyekatau kejadian yang diukur.
Instrumentasi (Instrumentation)
Bidang ilmu dan teknologi yang mencakup perencanaan, pembuatan dan penggunaan instrument atau alat ukur besaran fisika atau sistem instrument untuk keperluan diteksi, penelitian, pengukuran, pengaturan serta pengolahan data.
Metrologi (Metrology)
Ilmu Pengetahuan dan Teknologi yang berkaitan dengan kegiatan pengukuran.
Metrologi mencakup tiga hal utama:
1. Penetapan definisi satuan-satuan ukuran yang diterima secara internasional; misal: meter, kilogram dsb.
2. Perwujuan satuan-satuan ukuran berdasarkan metode-metode ilmiah, misal perwujudan nilai meter menggunakan gelombang cahaya laser.
3. Penetapan rantai ketertelusuran dengan menentukan dan merekam nilai dan akurasi suatu pengukuran dan menyebarluaskan pengetahuan tersebut, misalnya hubungan (perbandingan) antara nilai ukur sebuah mikrometer ulir terhadap balok ukur sebagai standar panjang dilaboratorium.
1.1. Satuan-satuan dalam Metrologis
Satuan ”Sistem Internasional” (Le Systeme Internationale d’Unites) – SI
Satuan Dasar adalah satuan pengukuran sebuah besaran dasar pada sebuah sistem besaran phisik. Definisi dan realisasi dari setiap satuan dasar dapat berubah dengan adanya penelitian kemetrologian yang dapat menemukan kemungkinan dicapainya definisi dan realisasi yang lebih akurat dari besaran phisik tersebut.
Contoh: Definisi ”meter”
Th. 1889 didasarkan pada prototipe internasional X meter dari bahan Platinum- Iredium yang sekarang disimpan di Perancis.
Th. 1960, meter berubah menjadi standar cahaya yang difinisinya sebagai panjang gelombang dari spektral Krypton 86
Th. 1983, pada konggres CGPM 17, didefinisikan ulang bahwa satu meter adalah jarak tempuh dari gelombang cahaya Helium-Neon pada tabung vakum dengan kecepatan
1/ 299 792 458 second, yang direliarisasikan dalam panjang gelombang laser yang distabilkan dengan iodine.
1.2.Satuan Dasar SI
Besaran Satuan Turunan Simbol
Panjang Meter M
Massa Kilogram Kg
Waktu Sekon S
Arus listrik Amper A
Suhu termodinamika Kelvin K
Jumlah zat mole Mol
Intensitas cahaya candela Cd
1.2.1.Definisi Satuan Dasar SI
Meter : panjang lintasan yang ditempuh oleh cahaya dalam tabung vakum dalam waktu
1/ 299 792 458 second.
Kilogram : massa prototipe kilogram internasional
Sekon: durasi dari 9 192 631 770 periode radiasi yang sesuai dengan transisi antara dua tingkat sangat halus dari ground state sebuah atom cecium 133.
Ampere: arus tetap yang jika tidak dijaga dalam dua kawat konduktor yang lurus dan paralel dengan panjang tak terhingga dan luas penampang dapat diabaikan serta berjarak 1 meter satu sama lain , dalam ruang hampa akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10-7 newton per meter panjang kawat.
Kelvin: 1/ 273,16 dari suhu termodinamis titik tripel air.
Mole : jumlah zat dari sebuah sistem yang mengandung intensitas sebanyak intensitas yang ada dalam 0,012 kg atom karbon -12.
Candela: intensitas luminasi pada arah tertentu dari sejumlah sumber yang memancarkan radiasi monocromatik dengan frequensi 540 x 10-12 herz dan mempunya intensitas radian pada arah tersebut sebesar 1/638 watt per steradian.
1.2.2.Satuan Turunan SI
Satuan Turunan adalah sebuah satuan pengukuran dari sebuah besaran turunan dalam sebuah sistem besaran.
Satuan turunan SI yang dinyatakan dengan satuan SI
Besaran Turunan Satuan Turunan Simbol
Luas Meter persegi m2
Isi Meter kubik m3
Kecepatan Meter per sekon m s-1
Percepatan Meter per sekon kuadrat m s-2 Kecepatan sudut Radian per sekon rad s-1 Percepatan sudut Radian per sekon kuadrat rad s-2 Densitas Kilogram per meter kubik kg m-3 Intensitas medan listrik Amper per meter A m-1 Densitas arus listrik Amper per meter persegi A m-2
Momen gaya Newton meter N m
Kekuatan medan listrik Volt per meter V m-1 Permeabilitas Henry per meter H m-1
Permisivitas Farad per meter F m-1
Kapasitas panas spesifik Joule per kilogram kelvin J kg-1K-1 Konsentrasi jumlah zat Mol per meter kubik mol m-3 luminasi Candela per meter persegi cd m-3
Contoh: Dari hubungan fisik antara besaran panjang yang diukur dalam satuan m, dan besaran waktu yang diukur dalam satuan s, maka besaran kecepatan yang diukur dalam satuan m/s dapat diturunkan.
Satuan turunan dinyatakan dalam satuan dasar dengan simbol matematis perkalian dan pembagian.
1.2.3.Satuan Turunan SI yang nama dan simbolnya terdapat satuan turunan SI dengan nama simbol khusus.
Besaran Turunan Satuan turunan SI nama khusus Simbol khusus Dalam satuan SI Dalam Satuan Dasar SI Frequensi Herz Hz s-1 Gaya Newton N m.kg.s-2 Tekanan Pascal Pa N/m2 m-1 kg s-2
Energi, kerja, jumlah panas Joule J N.m m2 kg s-2
Daya, fluk radian Watt W J/s m2 kg s-3
Muatan listrik Coulmb C s.A
Beda potensial listrik Volt V W/A m2 kg s-3A-1 Kapasitasi listrik Farad F C/V m2 kg-1 s-4A2
Tahanan listrik Ohm Ω V/A m2 kg s-3A-2
Daya hantar listrik Siemens S A/V m-2 kg-1 s3A2
Fluks magnet Webere Wb V.s m2 kg s-2A-1
Fluk luminan lumen H Wb/A m2 kg s-2A-2
Iluminasi lux lm Cd.sr m2 s-2Cd = Cd
Aktifitas radio nuklida becquerel Bq s-1
Dosis, kerma, energi gray Gy J/kg m2 s-2
Setara dosis sievert Sv J/kg m2 s-2
Sudut bidang radian Rad m.m-1 = 1
Sudut ruang Steradian Sr m.m-1 = 1
1.2.4.Satuan dasar yang digunakan dalam besaran yang berbeda-beda seperti pada Tabel berikut:
Besaran Turunan Satuan Turunan Simbol Dalam Satuan Dasar SI Viskositas dinamik pascal newton Pa.s m-1 kg.s-1
Momen gaya newton meter N.m m-2 kg.s-2
Tegangan permukaan newton per meter N/m kg.s-2
Kecpatan sudut radian per sekon Rad/s m.m-1 s-1 = s-1 Percepatan sudut radian per sekon
kuadrat
Rad/s2 m.m-1 s-2 = s-2 Densitas fluk panas watt per meter
persegi
W/m2 Kg.s-3
Kapasitan panas, entropi joule per kelvin J/K m-2 kg. s-2.K-1 Kapasitas panas spesifik,
entopi spesifik
joule per kilogram kelvin
J(kh.K) m-2. s-2.K-1 Energi spesifik joule per kilogram J/kg m-2 . s-2 Konduktivitas termal watt per meter kelvin W(m.K) m.kg.s-3.K-1 Densitas energi joule per meter kubik J/m3 m-1.kg.s-2 Kekuatan medan listrik volt per meter V/m m.kg.s-3.A-1 Densitas muatan listrik colomb per meter
kubik
C/m3 m-3.s.A Densitas fluks listrik coulom per mtr
persegi
C/m2 m-2.s.A Permitivitas farad per meter F/m m-3.kg-1 s4 A2 Permeabilitas henry per meter H/m m.kg.s-2.A-2 Energi molar joule per mole J/mol m2.kg.s-2.mol-1 Entropy molar, kapasitas
panas
joule per mole kelvin J/(mol/K) m2.kg.s-2.K-1mol-1 Paparan sinar X dan Y coulomb per
kilogram
C/kg kg-1.s.A
gray per sekon Gy/s m2s-3
Intensitas radian watt per steradian W/sr m4.m-2.kg.s-3= m-2 kg.s-3
radiansi watt perian meter
pesegi sterad
W/(m2-sr) m2.m-2.kg.s-3 = kg s-3
kubik
1.2.5.Satuan-satuan SI yang diterima untuk digunakan bersama dengan satuan SI, karena banyak digunakan (Satuan Selain SI yang diterima)
Besaran Satuan Simbol Nilai dalam satuan SI
Waktu Menit Jam hari min h d 1 min = 60 s 1 h = 60 min = 3600 s 1 d = 24 h
Sudut permukaan derajat menit sekon nygrad ˚ ́ ́́́ ́ gon 1˚ = ( π/180) rad 1́ = (1/60)́ = (π/10800) rad 1́ ́ = (1/60)́ ́ = (π/648000)rad 1 gon = (π/2000) rad Volume liter L, l 1 l = 1 dm3 = 10-3 m3
Massa ton metrik T 1 t = 103 kg
1.2.6. Satuan-satuan selain SI yang digunakan pada bidang-bidang tertentu
Besaran Satuan Simbol Nilai dalam satuan SI
Panjang Mil laut 1 mil laut = 1852 m
Kecepatan Knot 1 mil laut/jam = 1852/
3600 m/s
Massa Karat 1 karat = 2 x 10-4 kg =
200 mg
Densitas linier Tex tek 1 tek = 10-6 kg/m = 1 mg/m
Kekuatan sistem optik Dioptri 1 dioptri = 1 m-1 Tekanan pada fluida
dalam tubuh manusia
Milimeter merkuri
mmHg 1 mmHg = 133 322 Pa
Luas Are a 1 a = 100 m2
Luas Hektar ha 1 ha = 104 m2
Tekanan Bar bar 1 bar = 100 k Pa = 10-5 Pa
jarak Angtrom A 1 A = 0,1 nm = 10-10 m
penampang barn b 1 b = 10 -28 m2
1.2.7.Prefiks atau Awalan Satuan SI
Faktor Nama Perfiks
Simbol Faktor Nama
Perfiks
Simbol
101 deka da 10-1 desi d
102 hekto h 10-2 centi c
106 mega M 10-6 micro µ 109 giga G 10-9 nano n 1012 tera T 10-12 pico p 1015 peta P 10-15 femto f 1018 exa E 10-18 atto a 1021 zetta Z 10-21 zepto z 1024 yolta Y 10-24 yocto y
1.2. Pengertian Metrologi dan Penerapannya
Ukuran suatu benda kerja baru dapat diketahui setelah benda tersebut diukur. Ilmu pengetahuan teknik tentang ukur mengukur secara luas dinamakan metrologi (metrology), sebagaimana ditulis dalam bahasa inggris “ Metrology is science of measurement” .
Pembagian Utama dalam Metrologi
1. Metrologi Ilmiah (Scientific Metrology) : pengukuran yang berhubungan dengan pengaturan dan pengembangan standar-standar pengukuran dan pemeliharaannya.
2. Metrologi Industri (Industrial Metrology): pengukuran yang bertujuan untuk pengendalian mutu suatu produk di industri dengan memastikan bahwa sistem pengukuran dan alat-alat ukur berfungsi dengan akurasi yang memadai, baik dalam proses produksi maupun pengujiannya.
3. Metrologi Legal (Legal Metrology): pengukuran yang berkaitan dengan transaksi perdagangan, kesehatan, keselamatan dan kepentingan umum.
Metrologi Ilmiah dan Metrologi Industri merupakan bagian dari Metrologi Teknis.
Berdasarkan sifat besaran fisiknya , metrologi dapat dibagi menjadi beberapa kelompok kerja, yaitu :
metrologi dimensi yang berkaitan dengan pengukuran panjang, sudut, profil permukaan, geometrik dsb.
metrologi massa menangani besaran massa, gaya, tekanan dst metrologi mekanik yang melibatkan kecepatan, momen, getaran dst metrologi fisik yang berhubungan dengan msalah volemetri, viskositas, densitas, aliran dst
metrologi listrik dengan besaran dasar arus listrik dan waktu dan turunannya sebagai komponen utamanya.
metrologi suhu melibatkan pengukuran suhu dibawah suhu 0 0 C sd ribuan 0 C.
metrologi optik pengukuran yang berkaitan dengan photometri, radiometri
dan lain-lain
Berdasarkan bidang aplikasinya, metrologi dapat dibedakan menjadi :
metrologi industri dengan fokus pengukuran untuk pengendalian mutu produk.
metrologi medik untuk ketepatan analisis penyakit, dalam pelayanan kesehatan.
metrologi astronomi untuk kepentingan penerbangan antariksa dan ilmu falak.
metrologi akustik untuk perancangan akustik gedung, analisis kebisingan dst.
Jadi perlu diketahui bahwa kegiatan pengukuran tersebut tergantung pada tujuan pemakaian, suatu jenis alat ukur yang sama dapat dikelola berdasarkan metrologi legal atau metrologi teknis.
Didalam pembahasan selanjutnya akan banyak berkaitan dengan kegiatan pegukuran di industri yaitu metrologi teknis, yang penerapannya pada pengukuran besaran fisik sebagai metrologi industri.
1.2.1. Pengukuran (measurement)
Kegiatan mengukur dapat diartikan sebagai proses perbandingan suatu obyek terhadap standar yang relevan dengan mengikuti peraturan-peraturan terkait dengan tujuan untuk dapat memberikan gambaran yang jelas tentang obyek ukurnya.
Dengan melakukan proses pengukuran dapat:
membuat gambaran melalui karakteristik suatu obyek atau prosesnya. mengadakan komunikasi antar perancang, pelaksana pembuatan, penguji mutu dan berbagai pihak yang terkait lainnya.
memperkirakan hal-hal yang akan terjadi
melakukan pengendalian agar sesuatu yang akan terjadi dapat sesuai dengan harapan perancang.
Bidang-bidang dan sub-bidang dengan contoh standar pengukuran yang berkaitan dapat dijelaskan seperti pada Tabel 1
Tabel 1
Bidang Sub-bidang Standar pengukuran yang penting Pengukuran Massa Standar massa Timbangan standar,
mass comparator
Gaya dan tekanan Load cell, dead weight tester, force, moment and torque converter; pressure balance oil ang gas. Universal Testing Machine.
Massa dan besaran yang
terkait
Volume, densitas dan viskositas
Aerometer gelas, glassware laboratory um, vibration densitometer, viscometer capiler
gelas, viscometer rotasi, skala viskometri
Kelistrikan DC Komparator arus kriogenis, efek Josephson dan efek Quantum Hall, acuan diode Zener, metode potensiometris, jembatan (bridge) komparator
Kelistrikan AC Pengubah (converter) AC/DC, kapasitor standar, kapasitor udara, induktansi standar, kompensator, watt meter.
Kelistrikan frekuensi tinggi
Pengubah termal, calorimeter, bolo meter Kelistrikan dan kemagnitan
Arus kuat dan tegangan tinggi
Transformator pengukur arus dan tegangan, sumber tegangan tinggi acuan
Panjang gelombang dan interferometri
Laser stabil, interfeometri, sistem laser pengukuran, komparator interfrometri
Metrologi Dimensi Balok ukur,skala mistar, step gauge, setting ring, plug gauge, heih master, dial indicator, micrometer, standar kerataan optis, CMM, scan micrometer
Pengukuran sudut Autocolimator, rotary table, balok sudut, polygon, precision level
Bentuk Kelurusan, kerataan, kesejajaran, kesikuan, kebundaran, cylinder square
Panjang
Kekasaran Permukaan Step height and groove standard, standar kekasaran, roughness measu ring machine
Pengukuran waktu Standar frekuensi atomic sesium, alat ukur interval waktu
Waktu dan
Frekuensi
Frekuensi Standar frekuensi atomic Cecium, isola tor kuarsa, laser, pencacah elektronik dan sinthesiser, alat ukur geodetic.
Termometri Pengukuran suhu secara
kontak
Temometer gas, titik tetap, ITS 90, ter mometer tahanan platina, temokopel
Pengukuran suhu secara non kontak
Black body suhu tinggi, radiometer krio genis, pyrometer,fotodiode Si Kelembaban Miirror dew point meter atau
hygrometer elektronik, dobel pressure, temperature humidity generator
Dosis terserap – produk industry tingkat tinggi
Kalorimeter, high dose rate cavity ter kalibrasi, dosimeter dikromat.
Dosis terserap – produk medis
Kalorimeter, kamar ionisasi. Perlindungan terhadap
radiasi
Kamar ionisasi, berkas/medan radiasi acuan, pencacah proposional dan lain nya, TEPC, spektroneter neutron Bonner
Radioaktivitas Kamar ionisasi tipe sumur (well), sum ber radioaktivitas bersertifikat, spektroskopi gama dan alpha , ditektor 4 Gamma. Radiasi Pengion dan Radioaktive
Serat optis Bahan acuan – serat Au
Radiometri optis Radiometer kriogenis,ditektor, sumber acuan laser stabil, bahan acuan – serat Au
Fotometri Ditektor cahaya tampak, fotodioda Si, ditektor efisiensi kuantum
Fotometi dan Radiometri
Kolorimetri Spektrofotometer
Aliran Aliran gas (volume) Bell profer, meter gas rotary, meter gas turbin, meter transfer dengan critical nozzle
1.2.3. Metode Pengukuran
Pada umumnya metode pengukuran adalah membandingkan besaran yang diukaur terhadap standarnya. Bagaimana proses membandingkan dilakukan, diantarnaya harus diketahui:
- konsep dasar tentang besaran yang dilakukan - dalil fisika tentang besaran tersebut
- spesifikasi peralatan yang harus digunakan pengukuran - proses pengukuran yang dilakukan
- urut-urut an langkah yang harus dilakukan - kualifikasi operator
